Les ordinateurs et les appareils électroniques similaires sont devenus plus rapides et plus petits au fil des décennies, car les fabricants de puces informatiques ont appris à réduire les transistors individuels, les minuscules interrupteurs électriques qui transmettent des informations numériques.

La recherche du plus petit transistor possible par les scientifiques a permis d'en emballer plus sur chaque puce. Mais cette course vers le bas est presque terminée :les chercheurs approchent rapidement du minimum physique pour la taille des transistors, avec des modèles récents jusqu'à environ 10 nanomètres - ou seulement 30 atomes - de large.

"La puissance de traitement des appareils électroniques vient des centaines de millions, ou des milliards, de transistors interconnectés sur une même puce informatique, " a déclaré le Dr Kyeongjae Cho, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université du Texas à Dallas. "Mais nous approchons rapidement des limites inférieures de l'échelle."

Pour prolonger la quête d'une vitesse de traitement plus rapide, l'industrie de la microélectronique est à la recherche de technologies alternatives. les recherches de Cho, publié en ligne le 30 avril dans la revue Communication Nature , pourrait offrir une solution en élargissant le vocabulaire du transistor.

Les transistors conventionnels ne peuvent véhiculer que deux valeurs d'information :en tant qu'interrupteur, un transistor est allumé ou éteint, qui se traduit par les 1 et les 0 du langage binaire.

Une façon d'augmenter la capacité de traitement sans ajouter plus de transistors serait d'augmenter la quantité d'informations véhiculées par chaque transistor en introduisant des états intermédiaires entre les états activés et désactivés des dispositifs binaires. Un transistor logique dit multi-valeurs basé sur ce principe permettrait de traiter plus d'opérations et une plus grande quantité d'informations dans un seul appareil.

"Le concept de transistors logiques multi-valeurs n'est pas nouveau, et il y a eu de nombreuses tentatives pour fabriquer de tels dispositifs, " a dit Cho. "Nous l'avons fait."

Par la théorie, conception et simulation, Le groupe de Cho à l'UT Dallas a développé la physique fondamentale d'un transistor logique à valeurs multiples basé sur l'oxyde de zinc. Leurs collaborateurs en Corée du Sud ont fabriqué et évalué avec succès les performances d'un prototype d'appareil.

L'appareil de Cho est capable de deux états intermédiaires électroniquement stables et fiables entre 0 et 1, augmenter le nombre de valeurs logiques par transistor de deux à trois ou quatre.

Cho a déclaré que la nouvelle recherche est importante non seulement parce que la technologie est compatible avec les configurations de puces informatiques existantes, mais aussi parce qu'il pourrait combler un fossé entre les ordinateurs d'aujourd'hui et les ordinateurs quantiques, le prochain jalon potentiel de la puissance de calcul.

Alors qu'un ordinateur conventionnel utilise les valeurs précises de 1 et 0 pour effectuer des calculs, les unités logiques fondamentales d'un ordinateur quantique sont plus fluides, avec des valeurs qui peuvent exister sous la forme d'une combinaison de 1 et de 0 en même temps ou n'importe où entre les deux. Bien qu'ils n'aient pas encore été réalisés commercialement, Les ordinateurs quantiques à grande échelle sont théoriquement capables de stocker plus d'informations et de résoudre certains problèmes beaucoup plus rapidement que les ordinateurs actuels.

"Un appareil incorporant une logique à plusieurs niveaux serait plus rapide qu'un ordinateur conventionnel car il fonctionnerait avec plus que de simples unités logiques binaires. Avec des unités quantiques, vous avez des valeurs continues, " dit Cho.

"Le transistor est une technologie très mature, et les ordinateurs quantiques sont loin d'être commercialisés, " a-t-il poursuivi. " Il y a un énorme écart. Alors comment passer de l'un à l'autre ? Nous avons besoin d'une sorte de voie évolutive, une technologie de passerelle entre les degrés de liberté binaires et infinis. Notre travail est toujours basé sur la technologie des appareils existants, ce n'est donc pas aussi révolutionnaire que l'informatique quantique, mais il évolue dans cette direction.

La technologie développée par Cho et ses collègues utilise une nouvelle configuration de deux formes d'oxyde de zinc combinées pour former une nanocouche composite, qui est ensuite incorporé avec des couches d'autres matériaux dans un super-réseau.

Les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient atteindre la physique nécessaire à la logique à valeurs multiples en incorporant des cristaux d'oxyde de zinc, appelés points quantiques, en oxyde de zinc amorphe. Les atomes constituant un solide amorphe ne sont pas aussi rigidement ordonnés qu'ils le sont dans les solides cristallins.

"En concevant ce matériau, nous avons découvert que nous pouvions créer une nouvelle structure électronique permettant ce comportement logique à plusieurs niveaux, " dit Cho, qui a déposé une demande de brevet. "L'oxyde de zinc est un matériau bien connu qui a tendance à former à la fois des solides cristallins et des solides amorphes, c'était donc un choix évident pour commencer, mais ce n'est peut-être pas le meilleur matériau. Notre prochaine étape examinera à quel point ce comportement est universel parmi d'autres matériaux alors que nous essayons d'optimiser la technologie.

"Avancer, Je veux aussi voir comment nous pourrions interfacer cette technologie avec un appareil quantique."